W7

PROCES KONWERSJI SKROBII

Skrobia- roślinna substancja zapasowa występująca w dwóch formach: amylazy i amylopektyny.

Amylaza- nie ma rozgałęzień, cząsteczki glukozy połączone wiązaniami α-1,4-glikozydowym.

Amylopektyna- rozgałęzienia, na jedno wiązanie α-1,6-glikozydowe przypada 30 wiązań α-1,4-glikozydowych.

Konwersji podlega tylko skrobia kukurydziana.

HFCS (High Fructose Corn Syrup)- mieszanina dekstrozy i fruktozy, 42%, 55%, 90% środek słodzący.

PROCES PRODUKCJI:

1. Przygotowanie dekstrozy ze skrobii (α-amylaza).

2. Przygotowanie do sacharyfikacji- zmiana pH i temperatury.

3. Sacharyfikacja (glukoamylaza).

4. I rafinacja- oczyszczanie hydrolizatu na węglu aktywnym:

1. jony Mg²⁺ aktywują izomerazę glukozy

2. inhibitory kompetencyjne do jonów Ca²⁺ (ochrona)

5. Izomeryzacja- immobilizowana izomeraza glukozy.

6. II rafinacja- odparowanie:

1. węgiel aktywny

2. chromatografia jonowymienna

7. gotowy produkt- 42% HFCS (komercyjnie otrzymuje się)

W7

Wytłumaczyć proces konwersji skrobi, na czym polega? (E)

PREPARATY ENZYMATYCZNE STOSOWANE W PRZEMYŚLE.

Dzięki zastosowaniu preparatów enzymatycznych uzyskuje się:

• oszczędność surowca, np. zastąpienie słodu jęczmiennego słodem pleśniowym

• zwiększenie wydajności procesu technologicznego, np. zastosowanie pektynaz do klarowania soków

• skrócenie cyklu produkcyjnego, np. zastosowanie enzymów proteolitycznych w przemyśle mięsnym

• poprawienie jakości wyrobu, np. lepsza jakość soków odwłasianych enzymatycznie

• zwiększenie trwałości produktu, np. stabilizacja piwa za pomocą oksydazy glukozowej

• możliwość sterowania reakcją enzymatyczną

1896 r.- TAKADIASTAZA (enzymy hydrolityczne); surowy preparat enzymatyczny otrzymywany z hodowli Aspergillus oryzae prowadzonych na otrębach pszennych.

OGÓLNY DIAGRAM PRODUKCJI PRZEMYSŁOWEJ ENZYMÓW

mikroorganizmy tkanki roślinne i zwierzęce

↓ ↓

produkcja biomasy mielenie i homogenizacja

• ↓

fermentacja fermentacja

wgłębna powierzchniowa

wodna ekstrakcja i filtracja

roztwór enzymu suszenie

↓ ↓

zagęszczanie rozdrabnianie

dodatek stabilizatora lub precypitacja surowy preparat

konserwantów enzymatyczny

↓ ↓

roztwór enzymu filtracja

↓

suszenie

↓

rozdrabnianie

↓

proszek enzymatyczny

W7

Większość enzymów używanych w przemyśle to enzymy egzogenne.

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

Stanowią 60% komercyjnie używanych enzymów.

HYDROLAZY PPEPTYDOWE

• pochodzenie roślinne, zwierzęce i mikrobiologiczne

• enzymy indukcyjne

• enzymy egzogenne, endogenne

PROTEINAZY SERYNOWE

Trypsynopodobne, alkaliczne, α-lityczne, proteinazy, Myxobacterium sp.

Proteinazy trypsynopodobne- trypsyna (pankreatyna- przemysł spozywczy, garbarstwo i przemysł farmaceutyczny), chemotrypsyna, enzymy Streptomyces sp.

Proteinazy alkaliczne- bakteria, drożdże i pleśnie, tkanki ssacze, znaczenie komercyjne: subtylizyna (alkaliczne enzymy detergentów), enzym Aspergillus oryzae (preparaty termostabilnych proteinaz alkalicznych), enzym Streptomyces vimosus (przemysłowa produkcja oksytetracykliny).

Proteinazy tiolowe-

Proteinazy kwaśne (karboksylowe):

• reninopodobne- podpuszczka cielęca i bakteryjna

• peptydopodobne- wieprzpowa i wołowa pepsyna proteinazy z Aspergillus

Podpuszczka i proteinazy podobne- „gorzkie peptydy”, enzymy zwierzęce, rybne (ryby morskie), niskie optimum temperatury, mikrobiologiczne (Aspergillus sp., Rhizopus sp.)

Metaloproteinazy- naturalne, alkaliczne:

• naturalne:

• bakteryjne: Bacillus subtilis (browarnictwo); Bacillus stearothermophilus- termolizyna (aspartam)

• grzybowe: Aspergillus oryzae (piekarnictwo, przemysł spożywczy, modyfikacje białek, przemysł farmaceutyczny)

• alkaliczne: Pseudomonas aeruginosa, Serratia sp. (dtergenty)

PRZEMYSŁOWE ZASTOSOWANIE PROTEAZ POCHODZENIA MIKROBIOLOGICZNEGO:

• hydroliza białek- zmiana właściwości białka i produktu, którego ma być składnikiem kontrola gorzkiego smaku hydrolizatów białkowych [„gorzkie peptydy”- maskowanie (polifosforany, żelatyna), usuwanie (filtracja, wytrącanie kwasem), zapobieganie (enzymem)]

W7

• hydrolizaty sojowe- doskonałe właściwości białek soi, sosy i przetwory sojowe, suplementowanie białkami napojów, dietetycznej żywności

• hydroliza żelatyny- zniesienie efektu żelu, niski poziom Trp, środki dietetyczne, przemysł kosmetyczny; typowy proces 30% roztwór żelatyny + mieszanina alkalicznych i neutralnych proteaz, > 4 h, pasteryzacja 90°C

• hydroliza kazeiny i białek serwatki

• hydroliza białek mięsa

• białka rybie

• kruszenie mięsa- enzymy roślinne (papaina, ficyna)

• detergenty- enzymy o dużej stabilności, aktywności w roztworze detergentu;

• mleczarstwo- serowarstwo (podpuszczka zwierzęca 65%, renina + pepsyna 50:50)

• browarnictwo- mielenie słodu (zwiększenie wydajności, poziom aminokwasów, klarowanie- papaina)

• piekarnictwo- poprawa jakości mąki

• garbarstwo- proteazy alkaliczne, etap moczenia skóry, oczyszczanie, odwłasianie

• produkcja podłoży mikrobiologicznych

• przemysł farmaceutyczny- mieszanki poprawiające trawienie, urokinaza, zaburzenia krzepnięcia krwi, kolagenaza, likwidacja zmian skórnych

INNE ENZYMY HYDROLITYCZNE

PEKTYNAZY- Aspergillus niger, Rhisopus (pektyny-kwasne polimery cukorwe)

• esteraza pektynowa- pomidor, Fusarium oxysporum, Clostridium multifermentans

• egzopoligalaktouranaza- brzeczka pofermentacyjna (produkcja kwasu cytrynowego przez Aspergillus niger)

LIAZY

CELULAZY- Aspergillus niger, Penicillium sp.:

• enzymy odporne, stabilne w niskim pH

• substrat to celebioza

• zastosowanie:

• przemysłowy alkohol etylowy z celulozy

• obróbka nasion (browarnictwo, przetwórstwo)

• wydzielenie wielocukrów glonów morskich

β-GLUKANAZY:

• hydroliza glukanu jęczmienia

• hydroliza poliglukanu wytworzonego przez grzyb etylujący winogrona

HEMICELULAZY I KSYLANAZY- pleśnie, hydroliza arabanu, galaktanu, mannanu, ksylanu (tkanki roślinne) wraz z pektynazami i celulazami.

LAKTAZA- konwersja laktozy do glukozy i galaktozy, di- i trisacharydy sa produktami ubocznymi, enzymy roślinne (jabłka, brzoskwinie, morele), zwierzęta, mikroorganizmy, enzymy bakteryjne i drożdżowe (wewnątrzkomórkowe), grzybowe (zewnątrzkomórkowe);

W7

znaczenie komercyjne Kuyveromyces lactis, Kuyveromyces fragilis, Aspergillus oryzae, Bacillus sp.

ŻRÓDŁO	PRODUKT	UWAGI
serwatka	pasza dla zwierząt	zwiększenie wydajności, , wartości odżywczej, zapobieganie krystalizacji laktozy w koncentratach serwatkowych
		bezlaktozowy syrop serwatkowy	piekarnictwo, lody
mleko	mleko bezlaktozowe	składnik diety ludzi z niską tolerancja laktozy, słodki smak, zapobieganie krystalizacji laktozy w koncentratach laktozowych

W7

UHT- Ultra High Temperature

LIPAZY- Candida sp., Aspergillus sp., Rhizopus sp., Mucor sp., lipazy trzustkowe, przemysł farmaceutyczny, produkcja zapachów, przyspieszenie dojrzewania serów twardych, hydroliza olejów w produkcji mydła.

PROCES PRZEMYSŁOWY:

• kadzie przedmateczne z podłożem A (białko sojowe);

• kadzie mateczne z podłożem B (namok kukurydziany, skrobia kukurydziana, ekstrakt drożdżowy, silikan);

• fermentator produkcyjny (podłoże B + dekstroza), 4-28 h, zasilany odpowiednio przygotowanym sterylizowanym namokiem kukurydzianym;

• immobilizacja;

• oddzielenie biomasy od płynu pohodowlanego;

• suszenie;

W7

IMMOBILIZACJA IG

MIKROORGANIZM	METODA IMMOBILIZACJI
Actinoplanes missouriensis	całe komórki, żelatyna, glutaraldehyd, enzym, alumina
Streptomyces rubiginosus	enzym, żelatyna

Flavobacterium arborescens = całe komórki, glutaraldehyd

Bacillus coagulans = lizat komórkowy, glutaraldehyd

Sweetzyme® = Bacillus coagulans

Maxazyme® = Actinoplanes missouriensis

Ketozym® = Actinoplanes missouriensis

Tako-Sweet® = Streptomyces olivaceus

Optisweet22® = Streptomyces rubinosus

ENZYMY PRZEMYSŁOWE - PODSUMOWANIE

ENZYMY GLIKOLITYCZNE

α - amylazy	Bacillus subtilis Aspergillus niger	tekstylia, syropy glukozowe, detergenty, fermentacja etanolowa, karma dla zwierząt browarnictwo, piekarnictwo
β-amylazy	Bacillus	browarnictwo, syropy maltozowe
celulazy		płyny do mycia naczyń, pasze dla zwierząt, bioenergia, tekstylia
β-glukanazy		piwowarstwo
dekstranazy		przemysł spożywczy
2-galaktozydaza		przemysł spożywczy
glukoamylaza		cukrownictwo
hemicelulazy	Aspergillus niger Rhizopus	syropy glukozowe i dekstranowe
pentozanazy
ksylonazy
inwertaza
laktaza	Klebsiella lactis Aspergillusoryzae Bacillus subtilis	mleczarstwo
naringinaza		usuwanie goryczy ze skórek cytrusowych
pektynaza		produkcja soków
pullulanaza	Klebsiella aerogenes Bacillus subtilis	drożdże piekarskie, p/podziałowy

W7

PROTEAZY

proteinazy kwaśne	Aspergillus niger Aspergillus oryzae	piekarnictwo
proteazy alkaliczne	Bacillus subtilis	detergenty, garbarstwo
pepsyna	żołądki wieprzowe, wołowe	produkcja serów
subtytlizyna	Bacillus subtilis

OKSYDOREDUKTAZY

• dehydrogenaza alkoholowa

• katalaza

LIAZY

• histydaza

TRANSFERAZA

• glikozylotransferaza

• cyklodekstrynaza

MIKROBIOLOGICZNE ŚRODKI SMAKOWE I ZAPACHOWE

Związki aromatyczne i smakowe - kompleksowe mieszaniny

Komercyjny sukces:

• wysoka wydajność

• tanie substraty

• ograniczenie syntezy chemicznej

1. METYLOKETONY

• aromat sera

• Penicillium roqueforti - formy spoczynkowe, nie wegetatywne, konwersja kwasów tłuszczowych (C14) → metyloketon (C1)

• produkcja przemysłowa - koszt

• toksyczność związków

• lotność - techniki fermentacyjne + konwersja enzymatyczna

• fermentacja grzybowa → kwasy tłuszczowe → β-oksydacja → odzysk poprzez ekstrakcję lub destylację

2. DIACETYL

• roztwór wodny

• charakterystyczny, ostry masłowy zapach

• przemysł spożywczy i perfumeryjny

• występuje w mieszaninie z acetoiną

• Streptococcus lactis, Leuconostoc

W7

3. LAKTONY

• cykliczne estry specyficzne hydroksykwasów

• zapachy: śmietankowy, owocowy, brzoskwiniowy, orzechowy, kokosowy, miodowy

KWAS MASŁOWY:

• uzupełnianie zapachu maślanego w serowarstwie

• estry- pentylowy (zapach bananowy), izobutylowy (zapach gruszkowy)

• proces fermentacji zależy od pH i podłoża

1

---